你不知道的物联网微控制器：小体积带来大影响

微控制器为物联网：小体积带来大影响

处理器都工作在几乎所有连接的设备的关键要素，并有望带动数以百万计的“终端节点”，为物联网（物联网）的部署。端节点包括数据融合组件，结合多种功能在单个器件中的各种元素，如米，传感器，显示器，和预处理器，以及。在物联网端节点一个常见的需求是需要小尺寸，因为这些设备通常限制在一个非常小的足迹。考虑，例如，可佩戴装置;体积小，重量轻是客户认可的关键。单片机在小包装为控制规模受限的物联网终端节点应用的完美元素。许多MCU还具有附加功能，可以很容易地适应一个非常强大的设计中融入了针脚限制外形。灵活的引脚分配，自主运行和智能外设互连的先进功能的小引脚数MCU有进一步提升自己的能力，使大小受限的应用有很大的影响的一些例子。

小引脚数封装

小尺寸封装是一个关键推动因素配合的MCU到深受广大物联网端点所允许的限制电路板空间。可穿戴设备，特别是，将具有非常有限的空间，但是仍然会需要显著处理能力和存储，以执行传感器，传感聚合器，和控制器所需的前端功能。芯片级封装（CSP）提供了一个超小尺寸，无需异国情调的制造能力。飞思卡尔的Kinetis KL03 20引脚CSP MCU系列，例如，采用20引脚CSP格式有1.6×2.0平方毫米封装尺寸。如在图1中所示的图示中，20针装置具有20焊锡凸块的细微间隔装配到电路板空间最小量。

图1：飞思卡尔KL03系列单片机在芯片级封装。 （飞思卡尔提供）小型封装不需要提供小的处理能力，但是。该KL03具有强大的48MHz的32位ARM Cortex-M0处理器具有32 KB的片上闪存和2 KB的片上SRAM的核心。多个串口（LPUART，SPI，I²C）可以很容易地将MCU连接到标准外设。一个12位ADC的模拟比较器和内部基准电压支持常见的检测要求。定时操作，在物联网应用中非常常见，都与一个低功率定时器，以及一个实时时钟的支持。脉冲宽度调制（PWM）定时器还可以简化机械控制应用。在一个非常小的20引脚CSP格式，这大的权力是可用来设计的大能力的一个很好的例子。

智能一体化

MCU厂商不只有提供强大的CPU小包装却停止。添加智能集成 - 专门的硬件，可最大限度地减少外部配套设备 - 是另一种方式来收拾尽可能多的功能集成到一个小的电路板空间。作为一个例子，有多少次，你需要少量额外的简单的组件结合外部函数，这样他们可以装配到销有限的设备？你也需要做这样的一种方式来加快输入信号的处理时，CPU管理位感应回路太慢或使用了太多宝贵的CPU时间？ MCU制造商开始通过片上添加用户逻辑来解决这些需求更多的逻辑集成。这种类型的智能一体化的一个例子是从Microchip PIC16（L）F1503的MCU。该装置包括少量在其上配置的逻辑的，使用所谓的可配置逻辑单元或社区学习。这些逻辑单元可以被用来创建从设备输入端和内部信号的简单的逻辑功能。 CLC的输出可用于在设备的输出或内部设备。 CLC结构的图示于图2。

图2：PIC芯片上配置逻辑框图。 （Microchip的提供）多达16个输入可以选择，然后逻辑功能可用来创建四个生成的输出。每个输出可单独使能，极性选择，边缘检测，或注册 - 这取决于正用于输出。八个可能的逻辑功能包括选择的AND-OR，OR-XOR，锁存器，和寄存器 - 所有需要的销受限设备上的常用功能。例如，你可以从你的板子一些简单的门集成到MCU，也可以创建一些简单的功能来消除CPU周期通常用来合并或条件的设备投入。需要注意的是外设，现在可以使用硬件，而不是CPU密集型轮询和“位模拟”技术相结合。这原来简单的外设集成到更智能的人，使他们能够独立CPU的监督工作。一个ADC，定时器，中断控制器，现在可以方便地组合成一个完整的传感子系统，与CPU干预仅在需要时子系统需要它，也许当一个或超时条件出界外发生。对于Microchip的配置逻辑努力的概况看到的产品培训模块恰当地命名为“可配置逻辑单元。”

高效引脚分配

其中一个使用小引脚数MCU的问题越来越分配给IO引脚正确的函数。在许多微控制器的输出引脚被多个外设共享，这是可能的，你要使用的外设有冲突的IO任务。这使得很难得到你想要在最小包装的功能数量。您可能需要使用特定的资源组合一个较大的封装。 IO分配也影响板布局和信号路由。你可以使用更多的电路板空间或多个信号层比理想情况下，如果销不放置在方便的地方结束。一些MCU厂商正在解决这些局限，增加引脚分配的灵活性。恩智浦，例如，增加了可用于为各种片上外设的信号“交换”针位置的IO引脚矩阵。由于提供了恩智浦LPC82x系列（图3），在IO-开关矩阵提供29 IO引脚一个交换能力。 GPIO信号，定时器，串行外围设备，甚至模拟输入可任意切换到器件的引脚你的愿望。

图3：恩智浦LPC82x系列的IO引脚开关矩阵。 （恩智浦提供）的开关矩阵，可以从任何的29 IO引脚到任何内置外设全面的连通性。 （只有少数例外，例如，JTAG引脚始终会分配给PIO_0给PIO_4当器件处于边界扫描模式和PIO_4用于唤醒从深度掉电，这些例外情况是可以理解的，因为相关的功能是使特定的设备。）开关矩阵是非常灵活，你甚至可以将多个外设输入到同一个器件的引脚，以减少总引脚数还要多。列入对LPC82x MCU的开关矩阵的显着提高你的能力，以获得正确的信号恰到好处的引脚，允许您使用您的具体应用的最小尺寸的封装和电路板空间。恩智浦还提供工程师题为产品培训模块“介绍IO开关矩阵”，它可以在向Digi-Key的网站上找到。

自主外设操作

有效利用MCU引脚可以通过MCU的硬件功能，连接输入引脚和内部外围设备的支持。这允许创建销效率，需要很少或没有CPU干预自主外设。考虑瑞萨RL78 / G13系列MCU（例如，R5F1007DANA＃U0），其中有一个事件链路控制器（ELC），其选择的各种活动（如外部输入中断，内部中断，定时器中断，或者比较匹配的结果），并经由硬件到所需的外围设备输入连接它们。如图4时，它使用一个外部中断以触发一个模拟 - 数字转换。这是可以实现而不涉及CPU的，甚至可能是在CPU处于低功率休眠模式。这有效地使用IO资源，同时保持功耗尽可能地低，对大多数的IoT应用的另一个关键要求。

图4：在瑞萨电子RL78 / G13系列MCU使用事件链接控制器。摘要低引脚数封装（瑞萨提供）是理想的许多物联网应用，并利用这些小的包时，你不必放弃强大的处理能力。通过IO开关矩阵高效引脚映射，事件链接控制器，或片上可配置逻辑单元能提高销效率，以确保在最尺寸受限的物联网应用中使用的是最小的电路板空间。